§ 39. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов, как и электрическое взаимодействие, может быть описано двумя принципиально различными способами. Если принять представления теории дальнодействия, то любые два параллельно движущихся заряда мгновенно взаимодействуют друг с другом по закону, описываемому выражением (4.5). Каким образом заряд «узнал» о существовании на расстоянии от него заряда о модуле и направления скорости его движения и каким образом осуществилось между ними взаимодействие, эта теория ответить не может.

Согласно теории близкодействия магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов осуществляется следующим образом. Всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитное поле является формой материи. Характерными чертами магнитного поля являются непрерывность в пространстве и способность воздействовать на движущийся электрический заряд.

Магнитное действие движущегося заряда на заряд согласно теории близкодействия можно рассматривать как результат взаимодействия заряда с магнитным полем движущегося заряда

Магнитное действие заряда на заряд рассматривается как результат взаимодействия заряда с магнитным полем движущегося заряда

Силовая характеристика магнитного поля — индукция. Силовой характеристикой электрического поля является его напряженность Е:

где — сила, с которой действует электрическое поле на электрический заряд помещенный в данную точку. Зная напряженность электрического поля Е в данной точке, можно определить модуль и направление силы действующей на неподвижный точечный заряд помещенный в эту точку:

Для описания силового воздействия со стороны магнитного поля на движущиеся электрические заряды вводится понятие магнитной индукции В, аналогичное понятию напряженности электрического поля Е. Модуль вектора магнитной индукции определяется выражением:

где — максимальное значение силы, действующей со стороны магнитного поля в данной точке на электрический заряд движущийся со скоростью V.

Необходимость такого сложного определения вызвана тем, что, как показывает опыт, сила магнитного взаимодействия электрических зарядов зависит не только от модуля вектора скорости движения заряда но и от его направления.

Направление вектора магнитной индукции. Направление вектора магнитной индукции В принимается перпендикулярным направлению вектора силы его Сействия на движущийся положительный заряд и тому направлению вектора скорости электрического заряда, при котором эта сила имеет максимальное значение. Пояснить данное определение вектора индукции может следующий способ обнаружения магнитного поля и определения направления вектора магнитной индукции .

Если необходимо узнать, есть ли магнитное поле в данной точке пространства, то в соответствии с выражением (4.6) необходимо пронаблюдать за движением электрических зарядов, пролетающих через эту точку. При наличии магнитного поля на электрические заряды в этой точке должна действовать сила, пропорциональная скорости их движения. В качестве прибора-индикатора магнитного поля для этой цели может быть использована электронно-лучевая

трубка, в которой под действием магнитного поля наблюдается изменение траектории движения пучка электронов и смещение светящегося пятна на экране.

Поворачивая электронно-лучевую трубку в пространстве до получения максимального смещения пучка электронов, можно определить направление вектора магнитной индукции В. При максимальном смещении электронного луча сила магнитного взаимодействия имеет максимальное значение, следовательно, вектор скорости электронов при таком расположении трубки в пространстве перпендикулярен вектору магнитной чндукции В. Определив по направлению смещения луча направление силы магнитного взаимодействия можно определить прямую, перпендикулярную векторам и на которой расположен вектор В. При движении положительного заряда вектор силы образует правую тройку с векторами и В, т. е. он направлен в сторону движения винта с правой нарезкой, вращаемого в направлении от вектора к вектору В через меньший угол (рис. 82). Для отрицательного заряда направление силы противоположно определяемому этим правилом.

Единица измерения магнитной индукции. Таким образом, модуль вектора магнитной индукции В в данной точке численно равен модулю силы, действующей на единичный положительный заряд, пролетающий через данную точку с единичной скоростью в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции В.

Отсюда следует определение единицы магнитной индукции: за единицу измерения магнитной индукции В в СИ принимается индукция такого поля, которое действует с силой 1 Н на положительный заряд в 1 Кл, движущийся со скоростью 1 м/с в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции

Эта единица называется тесла (Т).

Из выражения (4.6) определим размерность новой физической величины:

Линии индукции магнитного поля. Из того экспериментального факта, что два одноименных

Рис. 82. Правая тройка векторов и

Рис. 83. Зная направление сил магнитного взаимодействия электрических зарядов и направление векторов их скоростей, можно определить направление векторов индукции магнитного поля

электрических заряда при движении в параллельных направлениях притягиваются друг к другу силами магнитного взаимодействия, можно сделать вывод о направлении вектора индукции в любой точке вокруг движущегося заряда. Как видно из рисунка 83, в произвольной точке, лежащей на плоскости, проходящей через движущийся заряд перпендикулярно вектору скорости вектор индукции

В его магнитного поля оказывается лежащим в этой плоскости и перпендикулярным радиус-вектору, соединяющему движущийся заряд с данной точкой.

Линия, в любой точке которой вектор индукции В направлен по касательной к ней, называется линией индукции. Линии индукции движущегося электрического заряда — это окружности с центрами, лежащими на прямой, заданной вектором его скорости (рис. 84). Если вектор магнитной индукции В в любой точке пространства имеет одинаковое направление и одну и ту же величину, то магнитное поле называется однородным.

Магнитный поток. Примем, что поверхность площадью расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции В, пронизывает число линий индукции, равное модулю вектора индукции В. Тогда число линий индукции, проходящих через поверхность площадью расположенную перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, равно:

Рис. 84. Линии индукции магнитного поля движущегося заряда

Физическая величина Ф, определенная последним выражением, называется магнитным потоком.

Единица измерения магнитного потока в СИ - 1 вебер (Вб). Магнитный поток в 1 Вб пронизывает поверхность площадью расположенную перпендикулярно вектору в однородном поле с магнитной индукцией 1 Т.